Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Hệ thống sản xuất tích hợp có sự trợ giúp của máy tính CIM (Computer Integrated Manufacturing) là mô hình sản xuất tiên tiến xuất hiện từ thập niên 1970 và phát triển mạnh mẽ tại các quốc gia công nghiệp hóa. Tại Việt Nam vào năm 2006, trong bối cảnh chuẩn bị gia nhập Tổ chức Thương mại Thế giới (WTO) và thực hiện chiến lược công nghiệp hóa - hiện đại hóa, việc tiếp cận và làm chủ các công nghệ tự động hóa bậc cao như FMS (Hệ thống sản xuất linh hoạt) và CIM trở thành yêu cầu cấp thiết. Tuy nhiên, các hệ thống CIM hoàn chỉnh trong công nghiệp đòi hỏi chi phí đầu tư tài chính rất lớn và lực lượng kỹ sư có trình độ chuyên môn cao. Việc nghiên cứu, chế tạo các mô hình thu nhỏ (MiniCIM) phục vụ nghiên cứu và giảng dạy thực hành tại các trường đại học kỹ thuật là hướng đi cần thiết để xây dựng nguồn nhân lực vận hành công nghệ sản xuất hiện đại.

Đề tài tốt nghiệp "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống MiniCIM" do nhóm sinh viên Khóa 47 ngành Cơ điện tử, Khoa Cơ khí, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội thực hiện dưới sự hướng dẫn của GS. Trần Văn Địch và TS. Nguyễn Huy Ninh tại Phòng thí nghiệm FMS & CIM thuộc Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy.

Nhiệm vụ và mục tiêu nghiên cứu của đồ án được xác định cụ thể gồm:

  1. Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết, lịch sử phát triển và cấu trúc chức năng của hệ thống sản xuất tích hợp CIM trên thế giới và thực trạng tại Việt Nam.
  2. Khảo sát cấu trúc tổng thể các phân hệ trong hệ thống CIM: máy gia công CNC, robot công nghiệp, hệ thống vận chuyển - tích trữ, kho chứa tự động, hệ thống kiểm tra và hệ thống điều khiển tích hợp.
  3. Tính toán thiết kế cơ khí và hệ thống điều khiển cho máy gia công CNC cỡ nhỏ trong mô hình MiniCIM.
  4. Tính toán động học, thiết kế cơ khí và xây dựng hệ thống điều khiển cho robot công nghiệp phục vụ cấp/tháo phôi.
  5. Thiết kế kết cấu cơ khí và lập trình điều khiển tự động cho hệ thống băng tải vận chuyển pallet trung gian bằng PLC.
  6. Xây dựng cấu trúc phần cứng và các phân hệ chức năng của phần mềm tích hợp điều khiển toàn bộ hệ thống MiniCIM.

Đối tượng nghiên cứu là mô hình hệ thống sản xuất tích hợp MiniCIM quy mô phòng thí nghiệm. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào việc thiết kế đồng thời cả phần cứng cơ khí, mạch điện - điện tử điều khiển và giải thuật phần mềm tích hợp cho các trạm chức năng trong hệ thống.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án sử dụng hệ thống cơ sở lý thuyết chuyên ngành Cơ điện tử và Tự động hóa sản xuất bao gồm:

  • Khái niệm và mô hình CIM: Các định nghĩa tiêu chuẩn từ Hiệp hội Kỹ sư Sản xuất Hoa Kỳ (SME/CASA), Công ty Máy tính Quốc tế IBM, Hãng Siemens và Từ điển Công nghệ Tiên tiến AMT; mô hình vòng tròn CIM (CIM Wheel) và vòng tròn CIM ảo (Virtual CIM Wheel) do Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Sản xuất Tiên tiến thuộc Đại học Nam Úc đề xuất; các khái niệm CAD, CAM, CNC, CAPP, CAQC, AS/RS, CM (Cellular Manufacturing) và FMS.
  • Lý thuyết động học robot: Phương pháp ma trận biến đổi thuần nhất tọa độ không gian, hệ thông số Denavit - Hartenberg (D-H), ma trận chuyển đổi tọa độ $T_6$ để giải bài toán động học thuận và động học ngược của tay máy nhiều bậc tự do.
  • Lý thuyết điều khiển logic và truyền thông công nghiệp: Cấu trúc vòng quét và tập lệnh của bộ điều khiển logic khả trình PLC; lý thuyết điều khiển khí nén và mạch giao tiếp ghép nối vi điều khiển.
  • Tiêu chuẩn lập trình gia công: Hệ trục tọa độ tiêu chuẩn của máy công cụ CNC, các điểm chuẩn máy ($M$), điểm chuẩn gốc phôi ($W$), điểm chuẩn thay dao ($R$), điểm gá đặt ($C$) và cú pháp ngôn ngữ mã lệnh G-code theo chuẩn quốc tế.

Phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa phân tích lý thuyết, tính toán thiết kế kỹ thuật, mô phỏng và thực nghiệm chế tạo:

  • Phương pháp tính toán động học và động lực học: Thiết lập hệ phương trình toán học giải bài toán vị trí, vận tốc và tính toán lực tiếp xúc, lực kẹp cơ cấu tay kẹp robot.
  • Phương pháp thiết kế cơ khí và công nghệ chế tạo: Lập quy trình công nghệ gia công cơ khí chi tiết điển hình (sống trượt mang cá, rãnh trượt, khối V kẹp phôi, pallet dẫn hướng) trên các máy công cụ truyền thống và máy CNC.
  • Phương pháp thiết kế mạch và lập trình điều khiển: Thiết kế mạch vi điều khiển cách ly quang cho động cơ bước, lập trình PLC S7-200 qua phần mềm STEP 7 Micro/WIN và thiết kế kiến trúc phần mềm tích hợp điều khiển CIM SOFT.

Nguồn dữ liệu tham khảo từ các tài liệu nghiên cứu của Bộ Quốc phòng Hoa Kỳ (các chương trình AFCAM, ICAM), tài liệu kỹ thuật của các hãng chế tạo thiết bị công nghiệp như Hitachi Seiki, Cincinnati Milacron, Siemens, cùng các giáo trình và kết quả nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm FMS & CIM Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.

Thiết kế và triển khai hệ thống kỹ thuật

Hệ thống MiniCIM được tổ chức thành một chu trình khép kín bao gồm các trạm chức năng cơ điện tử:

Phân hệ kỹ thuật Kết cấu cơ khí / Thiết bị chấp hành Phần cứng điều khiển Giao thức / Ngôn ngữ điều khiển
Máy CNC - 3 trục chuyển động tịnh tiến (X, Y, Z)
- Cơ cấu truyền động vít me - đai ốc bi
- Sống trượt dẫn hướng mang cá
- Động cơ trục chính khoan/phay		 - Khối vi điều khiển trung tâm
- Khối cách ly quang chống nhiễu
- Mạch công suất và rơ-le điều khiển đóng ngắt		 - Mã lệnh G-code
- Giải thuật nội suy đường thẳng, cung tròn, mặt xoắn
Robot công nghiệp - Tay máy nhiều bậc tự do (DOF)
- Khâu chấp hành tay kẹp cơ khí/khí nén
- Hệ thống xi lanh khí nén và van đảo chiều
- Động cơ bước, động cơ một chiều (DC)		 - Vi điều khiển AVR Atmega88-20PU
- Cảm biến tiệm cận, cảm biến tự cảm, hỗ cảm
- Khối khuếch đại công suất động cơ		 - Chương trình vi điều khiển nạp sẵn
- Giải thuật điều khiển vị trí theo hệ tọa độ D-H
Băng tải vận chuyển - Băng tải con lăn/dây đai khép kín
- Cơ cấu gá phôi pallet gia công định hình
- Cặp bánh răng truyền động và động cơ điện
- Trạm dừng và cơ cấu chặn phôi khí nén		 - Bộ điều khiển khả trình PLC Siemens S7-200 (CPU214)
- Cảm biến hành trình quang điện báo vị trí trạm		 - Lập trình Ladder Diagram (LAD)
- Bộ đếm tốc độ cao (HSC), xử lý ngắt truyền thông
Kho chứa & Lưu trữ - Khung giá chứa phôi và thành phẩm
- Cơ cấu cấp phát và tiếp nhận phôi tự động		 - Hệ thống cơ điện tích hợp với trạm robot - Điều khiển phối hợp qua tín hiệu I/O của PLC
Hệ thống phần mềm CIM SOFT - Trạm máy tính điều khiển trung tâm kết nối các thiết bị ngoại vi - Mạng truyền thông nối tiếp/công nghiệp ghép nối máy tính - PLC - Vi điều khiển - Giao diện đồ họa giám sát vận hành, mô phỏng 2D/3D

Nội dung chính theo từng chương

Chương I: Tổng quan về hệ thống CIM

Chương I hệ thống hóa các định nghĩa khoa học về CIM từ các tổ chức và tập đoàn công nghệ lớn:

  • CASA/SME định nghĩa CIM là hệ thống tích hợp cung cấp sự trợ giúp của máy tính cho toàn bộ chức năng thương mại từ khâu nhận đơn hàng đến phân phối sản phẩm.
  • AMT định nghĩa CIM là nhà máy tự động hóa toàn phần được điều khiển bởi máy tính.
  • IBM coi CIM là ứng dụng tích hợp dòng thông tin thiết kế, kế hoạch và điều khiển nguyên công.
  • Siemens định nghĩa CIM là chiến lược tổng thể để đạt mục tiêu thị trường.

Chương này phân tích các thành phần cốt lõi của CIM gồm: Tự động hóa văn phòng, CAD, CAM, CNC, CAQC, CAPP, AS/RS, Công nghệ nhóm (Group Technology - GT), Tế bào gia công (Cellular Manufacturing - CM), Robot và FMS. Tác giả trình bày lịch sử phát triển CIM từ mốc máy NC năm 1954, chương trình AFCAM năm 1975, ICAM năm 1976 đến các mô hình sản xuất ảo (Virtual Manufacturing), CIM ảo (Virtual CIM) và hệ trợ giúp ra quyết định theo nhóm (GDSS). Chương I cũng đánh giá thực trạng ứng dụng CIM tại Việt Nam và hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của mô hình.

Chương II: Cấu trúc hệ thống CIM

Chương II phân tích chi tiết 5 phân hệ cấu trúc của một hệ thống CIM hoàn chỉnh:

  1. Máy CNC và trung tâm gia công: Vai trò, phân loại theo số trục điều khiển (2D, 2.5D, 3D, 4D, 5D), nguyên lý thay dao tự động.
  2. Robot công nghiệp: Cấu trúc 3 phần (nguồn năng lượng, bộ điều khiển, phần tay máy); phân loại theo bậc tự do, nguồn năng lượng, hệ thống điều khiển; các yêu cầu kỹ thuật trong dây chuyền gia công, lắp ráp và kiểm tra tự động.
  3. Hệ thống vận chuyển - tích trữ: Khảo sát các giải pháp công nghiệp thực tế gồm hệ thống xe tời di động với ổ tích vệ tinh của hãng Hitachi Seiki (Nhật Bản) và hệ thống băng tải tích trữ con lăn khép kín của hãng Cincinnati Milacron (Hoa Kỳ). Hệ thống điều khiển phân làm 2 mức: Mức 1 (điều khiển thiết bị, truyền động, định vị) và Mức 2 (quản lý điều phối luồng hàng sản xuất).
  4. Kho chứa tự động (AS/RS): Kết cấu, ưu nhược điểm và sơ đồ mặt bằng của 3 dạng kho chứa: dạng giá cần cẩu (nhỏ gọn, dung lượng vừa), dạng cần cẩu cầu (linh hoạt, 3-6 giá chứa, diện tích lớn) và dạng giá trọng lực (tận dụng độ dốc, dùng cho chi tiết chuyên biệt).
  5. Hệ thống điều khiển và phần mềm tích hợp: Vai trò của PLC trong môi trường công nghiệp và 10 chức năng của phần mềm tích hợp CIM SOFT (Inventory Management, Product Planning, Manufacturing Management, Product Scheduling, System Communication, Station Programming, User PLC Programming, Facilities Layout, System Simulation, System Operation).

Chương III: Thiết kế máy CNC

Chương III trình bày quá trình thiết kế chế tạo mô hình máy CNC:

  • Tổng quan cấu trúc phần cứng (CPU, BUS truyền dẫn, Servo), phần mềm điều khiển, ngôn ngữ lập trình G-code, các chu trình gia công hốc tròn, hốc chữ nhật.
  • Phân tích và lựa chọn phương án di chuyển trục tọa độ: So sánh 3 phương án (phôi cố định; phôi di chuyển trục Y - dao di chuyển trục X/Z; phôi di chuyển trục X/Y - dao di chuyển trục Z) để chọn giải pháp tối ưu cho mô hình nhỏ.
  • Lựa chọn cơ cấu truyền động vít me - đai ốc bi, cơ cấu dẫn hướng mang cá và động cơ trục chính khoan/phay.
  • Thiết kế kết cấu cơ khí chi tiết: Sống trượt mang cá trục Z, rãnh trượt, chi tiết dẫn hướng trung gian, bàn máy, ê-tô kẹp phôi; lập quy trình công nghệ gia công chi tiết gá động cơ và sống trượt.
  • Xây dựng nguyên lý điều khiển máy CNC: Thiết kế sơ đồ khối gồm khối vi điều khiển, mạch cách ly quang, mạch công suất, rơ-le đóng ngắt và cơ cấu chấp hành; xây dựng giải thuật nội suy quỹ đạo gia công.

Chương IV: Thiết kế robot cho hệ thống

Chương IV tập trung vào việc tính toán, thiết kế và chế tạo robot công nghiệp phục vụ mô hình MiniCIM:

  • Phân tích trường công tác (workspace), bậc tự do (DOF) và vai trò của robot trong việc cấp/tháo phôi tự động.
  • Tính toán động học robot: Ứng dụng phép biến đổi tọa độ thuần nhất, phép quay Euler và bộ thông số Denavit - Hartenberg (D-H) để xây dựng hệ phương trình động học $T_6$, giải bài toán động học thuận và ngược.
  • Thiết kế cơ khí và tính toán cơ cấu tay kẹp: Phân loại các dạng tay kẹp cơ khí, chân không, điện từ, buồng đàn hồi; tính toán lực tiếp xúc, lực dẫn động và kiểm nghiệm ứng suất tiếp xúc của ngón kẹp; lập quy trình công nghệ gia công chi tiết khối V và gối trượt.
  • Xây dựng hệ thống điều khiển robot: Lựa chọn cảm biến công nghiệp (cảm biến tự cảm, hỗ cảm), thiết kế mạch cấp khí nén, van đảo chiều, và phát triển mạch điều khiển truyền động động cơ DC/động cơ bước sử dụng vi điều khiển AVR Atmega88-20PU.

Thiết kế hệ thống băng tải

Nội dung thiết kế băng tải được tổ chức thành hai phần độc lập:

  • Phần A - Giới thiệu chung và thiết kế cơ khí: Phân loại máy chuyển liên tục, lựa chọn kết cấu băng tải khép kín, tính toán chọn động cơ điện và cặp bánh răng truyền động; thiết kế kết cấu cơ khí chi tiết pallet gá phôi, phân tích tính công nghệ kết cấu và lập thứ tự các nguyên công chế tạo phôi pallet.
  • Phần B - Điều khiển băng tải bằng PLC: Phân tích lý thuyết PLC, cấu hình phần cứng dòng PLC Siemens S7-200 (CPU214), cấu trúc bộ nhớ (vùng dữ liệu, vùng đối tượng); hệ thống hóa tập lệnh logic Boolean, lệnh so sánh, Timer, Counter, thanh ghi dịch, bảng dữ liệu, bộ đếm xung tốc độ cao (HSC) và ngắt truyền thông; viết chương trình điều khiển hoàn chỉnh cho hệ thống băng tải vận chuyển pallet dừng đúng vị trí trạm.

Chương VI: Xây dựng hệ điều khiển cho hệ thống CIM

Chương VI tổng hợp giải pháp điều khiển tích hợp toàn hệ thống:

  • Thiết lập mô hình điều khiển phân tầng: Tầng chấp hành (máy CNC, vi điều khiển robot, PLC băng tải) kết nối với tầng máy tính quản trị trung tâm.
  • Triển khai cấu trúc phần mềm CIM SOFT thực hiện đồng thời các chức năng quản lý danh mục vật tư, lập kế hoạch công nghệ sản xuất, xếp lịch gia công, mô phỏng hình học không gian trạm máy và giám sát trực tiếp trạng thái tín hiệu I/O của toàn hệ thống khi hoạt động thực tế.

Kết quả và đóng góp

1. Kết quả kỹ thuật đạt được

  • Hoàn thành thiết kế và chế tạo mô hình MiniCIM đồng bộ bao gồm máy CNC 3 trục, robot gắp phôi nhiều bậc tự do, hệ thống băng tải pallet điều khiển bằng PLC và phần mềm tích hợp điều khiển trung tâm.
  • Giải quyết bài toán động học robot bằng bộ thông số D-H và thiết lập thành công quy trình công nghệ gia công các chi tiết cơ khí chính xác trong hệ thống (sống trượt mang cá, gối đỡ, pallet, khối V tay kẹp).
  • Ứng dụng thành công vi điều khiển AVR Atmega88-20PU kết hợp mạch cách ly quang và PLC Siemens S7-200 vào việc điều khiển các trạm thiết bị tự động.

2. Số liệu chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật của công nghệ CIM (được tổng hợp trong nghiên cứu)

Thành phần / Công nghệ trong CIM Chỉ tiêu cải thiện năng suất Chỉ tiêu tiết kiệm thời gian Chỉ tiêu giảm chi phí & phế phẩm
Thiết kế CAD Nâng cao chất lượng thiết kế Giảm 12 ÷ 25% thời gian thiết kế dụng cụ và đồ gá Giảm giá thành chế tạo sản phẩm mới
Kiểm tra CAQC Giảm công việc lặp lại Giảm thời gian giám sát Giảm 50 ÷ 90% chi phí tương đối để đạt chất lượng
Kho AS/RS Tăng năng suất lao động Giảm ~25% thời gian lắp ráp Giảm phế phẩm, tránh xử lý lặp lại
Công nghệ nhóm (GT) Tăng năng suất lao động Giảm 20 ÷ 80% thời gian sản xuất; giảm 20 ÷ 60% thời gian chuẩn bị Giảm 15 ÷ 20% lao động; giảm 20 ÷ 30% chi phí dụng cụ; giảm 15 ÷ 70% phế liệu
Tế bào gia công (CM) Tăng hiệu quả xử lý Giảm thời gian chuẩn bị sản xuất Giảm 20 ÷ 30% lao động; giảm 15 ÷ 30% chi phí thiết kế kỹ thuật
Hệ thống FMS Năng suất tăng 200 ÷ 350% Tăng hệ số sử dụng máy Giảm 50% giá thành; giảm 30% chi phí dụng cụ; giảm 50 ÷ 90% lao động; giảm 42% diện tích
Hệ thống CIM tổng thể Năng suất lao động tăng 40 ÷ 70% Giảm 30 ÷ 60% thời gian chế tạo chi tiết Giảm 15 ÷ 30% giá thành thiết kế; giảm 20 ÷ 50% phế phẩm; tính toán FEA nhanh hơn 30 lần

3. Đóng góp của đề tài

  • Cung cấp một mô hình thực nghiệm MiniCIM hoàn chỉnh tại Phòng thí nghiệm FMS & CIM Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, phục vụ công tác giảng dạy trực quan và đào tạo kỹ sư chuyên ngành Cơ khí, Cơ điện tử và Tự động hóa.
  • Làm chủ quy trình thiết kế tích hợp liên ngành: kết hợp chặt chẽ giữa tính toán kết cấu cơ khí, thiết kế mạch điện tử điều khiển và lập trình phần mềm máy tính.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

1. Hạn chế

  • Do giới hạn về nguồn lực và thời gian thực hiện của đồ án tốt nghiệp, mô hình MiniCIM được xây dựng ở quy mô phòng thí nghiệm phục vụ mục đích đào tạo và thử nghiệm giải thuật, chưa đạt đến kích thước và công suất gia công tải trọng lớn như trong môi trường công nghiệp thực tế.
  • Các cụm kho chứa tự động và cơ cấu kiểm tra chất lượng sản phẩm tự động (CAQC) trên dây chuyền chủ yếu dừng lại ở mức độ nghiên cứu cấu trúc lý thuyết và mô phỏng trên phần mềm tích hợp.

2. Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng nghiên cứu và ứng dụng khái niệm nhà máy ảo (Virtual Enterprise) và CIM ảo (Virtual CIM) theo mô hình mạng liên kết toàn cầu.
  • Ứng dụng các thuật toán Trí tuệ Nhân tạo (AI) như Logic mờ (Fuzzy Logic), mạng nơ-ron nhân tạo vào hệ thống điều khiển thích nghi, hoạch định tiến trình gia công thông minh và bảo trì dự đoán cho các thiết bị trong CIM.
  • Tích hợp hệ thống trợ giúp ra quyết định theo nhóm (GDSS) nhằm tối ưu hóa việc phân bổ nguồn lực và đánh giá hiệu quả đầu tư công nghệ sản xuất tiên tiến.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho:

  • Sinh viên và học viên cao học ngành Cơ điện tử, Tự động hóa, Chế tạo máy: Tham khảo phương pháp tính toán động học robot bằng ma trận D-H, phương pháp thiết kế máy CNC mini, kỹ thuật lập trình PLC Siemens S7-200 và thiết kế mạch ghép nối vi điều khiển công nghiệp.
  • Giảng viên và cán bộ phòng thí nghiệm: Sử dụng làm tài liệu hướng dẫn xây dựng bài thực hành về hệ thống sản xuất linh hoạt FMS, dây chuyền tự động hóa tích hợp CIM và lập trình điều khiển thiết bị đa trạm.
  • Kỹ sư thiết kế cơ điện tử: Tham khảo các giải pháp kết cấu cơ khí chính xác (sống trượt mang cá, vitme bi, tay kẹp khí nén) và cấu trúc phân hệ chức năng khi xây dựng phần mềm điều khiển sản xuất tích hợp.

Câu hỏi thường gặp

1. Đề tài tốt nghiệp lựa chọn bộ điều khiển nào cho hệ thống băng tải và robot trong mô hình MiniCIM?

Hệ thống băng tải được lập trình điều khiển bằng bộ điều khiển logic khả trình PLC Siemens S7-200 (CPU214) kết hợp hệ thống cảm biến hành trình quang điện. Phân hệ robot công nghiệp sử dụng vi điều khiển họ AVR Atmega88-20PU kết hợp mạch công suất điều khiển động cơ bước và động cơ DC cùng hệ thống van đảo chiều khí nén.

2. Nhóm tác giả đã giải bài toán động học cho robot bằng phương pháp nào?

Tác giả sử dụng phương pháp ma trận biến đổi tọa độ thuần nhất, áp dụng quy ước thông số Denavit - Hartenberg (D-H) để xây dựng hệ phương trình ma trận chuyển đổi tọa độ $T_6$ từ gốc đến khâu chấp hành cuối, từ đó giải bài toán động học thuận (xác định vị trí khâu chấp hành) và bài toán động học ngược (tìm các góc khớp tương ứng).

3. Phần mềm tích hợp CIM SOFT trong hệ thống đảm nhiệm những chức năng chính nào?

CIM SOFT bao gồm 10 phân hệ chức năng: Quản lý vật tư hàng hóa (Inventory Management), Lập kế hoạch sản xuất (Product Planning), Quản lý quá trình gia công (Manufacturing Management), Đặt lịch sản xuất (Product Scheduling), Truyền thông hệ thống (System Communication), Lập trình trạm robot (Station Programming), Lập trình PLC người dùng (User PLC Programming), Bố trí mặt bằng trạm (Facilities Layout), Mô phỏng hệ thống (System Simulation) và Giám sát hoạt động thời gian thực (System Operation).

4. Trong phần thiết kế cơ khí máy CNC, nhóm tác giả đã lựa chọn phương án bố trí trục tọa độ và cơ cấu truyền động nào?

Nhóm tác giả đã khảo sát 3 phương án di chuyển trục, lựa chọn giải pháp phôi di chuyển trên trục Y, dụng cụ cắt di chuyển trên trục X và Z, kết hợp cơ cấu truyền động vít me - đai ốc bi và cơ cấu dẫn hướng rãnh trượt mang cá để đảm bảo độ cứng vững, độ chính xác định vị và tính nhỏ gọn của kết cấu máy.

5. Theo số liệu tổng hợp trong đồ án, việc ứng dụng hệ thống CIM mang lại những lợi ích định lượng nổi bật nào?

Ứng dụng hệ thống CIM giúp tăng năng suất lao động từ 40% đến 70%, giảm thời gian chế tạo chi tiết từ 30% đến 60%, hạ giá thành thiết kế từ 15% đến 30%, giảm lượng phế phẩm sản xuất từ 20% đến 50%, đồng thời rút ngắn thời gian tính toán thiết kế kỹ thuật (FEA) lên tới 30 lần so với các phương pháp truyền thống.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống MiniCIM" của nhóm sinh viên Khóa 47 ngành Cơ điện tử, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giải quyết trọn vẹn các yêu cầu kỹ thuật từ nghiên cứu lý thuyết, tính toán thiết kế cơ khí đến chế tạo và lập trình điều khiển hệ thống sản xuất tích hợp thu nhỏ. Kết quả thực nghiệm của đề tài với các trạm máy CNC, robot cấp phôi, băng tải PLC S7-200 và phần mềm CIM SOFT đã chứng minh tính khả thi của giải pháp công nghệ. Công trình đóng góp một mô hình thiết bị đào tạo thực hành giá trị cho Phòng thí nghiệm FMS & CIM, đồng thời đặt nền tảng phương pháp luận cho các nghiên cứu chuyên sâu về tự động hóa tích hợp trong sản xuất cơ khí.